CN1322814C - 一种纳米硅酸盐抗菌组合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种纳米硅酸盐抗菌组合物及其制备方法，特别是采用纳米技术，通过控制其Zn(NO3)2、NH4NO3、AgNO3、硅基氧化物等组分和含量以及制备方法步骤，得到色泽稳定性好，抗菌广谱性好，并且具有较好的物理、力学、光学性能的抗菌组合物，特别是应用到塑料、纤维、涂料等低温材料中，优显出特殊效果，提高了抗菌材料的应用范围及应用等级。

Description

一种纳米硅酸盐抗菌组合物及其制备方法
技术领域：本发明涉及一种无机抗菌组合物，特别是一种用于纤维、塑料、涂料等低温材料加工的纳米硅酸盐抗菌组合物及其制备方法。
背景技术：硅酸盐抗菌组合物是一种应用最多的无机抗菌剂，1994年日本山本元治等公开了一种碱金属或AgO、CuO、ZnO等金属氧化物抗菌剂专利(特开平7-268653 1995)，中岛和彦等人公开了一种稳定的沸石及其制备方法专利(JP91-131513)，李毕忠等人公开了一种抗菌组合物及其制备方法(CN1253729A)。上述已公开的抗菌组合物均属以无机载体附载抗菌金属氧化物制成的无机抗菌剂。无机抗菌剂的主要有效成分大多为银、锌、铜等氧化物，因此广泛应用于生态环境材料、工程材料、生物材料、工程结构材料等领域。但是这些抗菌剂普遍存在的问题是由于主要成分中所含的Ag+对光的不稳定性，易使抗菌剂在使用中变色，影响应用和感观。其次是所有的抗菌剂都是与其它材料复合才得以应用，复合的过程是对物料改性的过程，改性后的材料应具备除抗菌以外，兼有其它有利于材料应用的综合性能。如前所述的抗菌剂均不具备这种功能。
发明内容：本发明基于上述问题，应用纳米技术，提出合成纳米硅酸盐抗菌组合物的新配方及其制备方法，以解决纤维、塑料、涂料等低温材料加工中色泽的稳定性、抗菌的广谱性，并具有物理、力学、光学等性能的纳米硅酸盐抗菌组合物，以提高抗菌材料的应用范围和应用等级。
本发明的纳米硅酸盐抗菌组合物是通过以下的配比和制备方法来实现的，其配比的组分和含量是(重量份)：Zn(NO3)22～75份、NH4NO30.5～5份、AgNO30.2～5份、分散剂0.5～2份、纳米沸石或纳米硅基氧化物100份。本发明纳米硅酸盐抗菌组合物的另一种配比的组分和含量是(重量份)：Zn(NO3)22～60；NH4NO30.5～2；AgNO30.2～3；分散剂0.5～2；纳米沸石或纳米硅基氧化物100。其优化配比的组分和含量是(重量份)：Zn(NO3)260份、NH4NO32份、AgNO33份、分散剂2份、纳米沸石或纳米硅基氧化物100份。其最佳配比的组分和含量是(重量份)：Zn(NO3)260份、NH4NO31.5份、AgNO33份、分散剂1.5份、1000份的纳米沸石。其制备方法是按下列步骤进行(重量份)：(1)取沸石粉体或硅基氧化物粉体100份，以去离子水为介质，置粉体于高压釜中，反应温度100℃～300℃，反应时间1～4小时，反应压力15MPa，制成本发明的纳米沸石粉体或纳米硅基氧化物粉体；(2)按重量份取100份的纳米沸石粉体或纳米硅基氧化物粉体，置烘箱中110℃条件下，干燥30min取出，加去离子水调成浆状，加热到75℃至沸腾，搅拌30～120分钟，脱气，再加0％～5％的硝酸溶液和水，调节pH＝5～7，制成浆料待用；(3)在去离子水中加入0.2～5份的AgNO3，2～75份的Zn(NO3)2，0.5～5份的NH4NO3，制成离子交换水溶液：。(4)将上述制成的纳米沸石浆料或纳米硅基氧化物浆料(2)与上述制成的离子交换水溶液(3)混合，加热至40℃～60℃，在此温度下保持4～12h进行离子交换；。(5)离子交换结束后，过滤、分离、用去离子水洗涤至溶液中无金属离子；。(6)在上述浆液中加入分散剂0.5～2份，烘干、研磨，即制成纳米硅酸盐抗菌组合物。
本发明制成的纳米硅酸盐抗菌组合物，经检测对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、链球菌、黄曲霉、总状毛霉等均有良好的抑菌杀菌作用。在1小时和2小时内对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为95％、97％和97％、99％；对致病大肠杆菌、金黄色葡萄球菌最小杀菌浓度为0.05μg/ml；其安全性经口急性毒性试验，属于实际无毒物质；皮肤刺激实验表明，属无刺激性；本发明经200h，4500W氙灯加速老化实验，色差值与对照物色差的差值为ΔE≤0.1。本发明制成的纳米硅酸盐抗菌组合物在加入聚酰胺材料中，注射成标准样条，按照GB/T1039-92《塑料力学性能试验方法》标准检测力学性能，与未添加的对照物相比，其冲击强度提高了18倍，拉伸强度提高10％，伸长率提高1.5倍，模量提高10％；热性能：在材料中每添加5％的纳米硅酸盐抗菌组合物，材料的热变形温度可提高30℃～50℃。由于该纳米硅酸盐抗菌组合物具有良好的分散性，可直接添加到塑料、纤维、涂料等材料中制成抗菌塑料、抗菌纤维、抗菌涂料等抗菌材料；亦可预先制备成母料，再添加到塑料、纤维、涂料等材料中制成各种抗菌制品。
具体实施方式：具体实施方式1(重量份)：(1)取100份的沸石粉体，以去离子水为介质，置粉体于250ml高压釜中，反应温度100℃～300℃，反应时间1～4h，反应压力15MPa，制成本发明的纳米沸石粉体。(2)取100份的纳米沸石粉体，置烘箱中110℃条件下干燥30min，加100ml去离子水调成浆状，加热到80℃，同时搅拌60min，脱气，再加50ml的硝酸溶液和水，调节pH＝5～7，制成浆料待用。(3)在去离子水中加入O.2份的AgNO3，2份的Zn(NO3)，0.5份的NH4NO3，制成离子交换水溶液。(4)将上述制成的纳米沸石浆料(2)与上述制成的离子交换水溶液(3)混合，加热至40℃～60℃，在此温下保持4～12h进行离子交换。(5)离子交换结束后，过滤、分离、用去离子水洗涤至溶液中无金属离子。(6)在上述浆液中加入0.5份的分散剂(ST-237)，烘干，研磨，即制成纳米硅酸盐抗菌组合物。
具体实施方式2：按照具体实施方式1的方法，取(重量份)75份的Zn(NO3)2，5份的NH4NO3，5份的AgNO3，2份的分散剂(OX-N102)，100份的纳米沸石。
具体实施方式3：按照具体实施方式1的方法，本发明的优化配比为：取(重量份)60份的Zn(NO3)2，2份的NH4NO3，3份的AgNO3，2份的分散剂(OX-N102)，100份的纳米沸石。
具体实施方式4：按照具体实施方式1的方法，本发明的最佳配比为：取(重量份)60份的Zn(NO3)2、1.5份的的NH4NO3、3份的AgNO3、1.5份的分散剂(HDP-3000)、1000份的纳米沸石。
具体实施方式5：按照具体实施方式1的方法，取(重量份)2份的Zn(NO3)2，0.5份的NH4NO3，0.2份的AgNO3，0.5份的分散剂(OX-N102)，100份的纳米硅基氧化物。
具体实施方式6：按照具体实施方式1的方法，取(重量份)75份的Zn(NO3)2，5份的NH4NO3，5份的AgNO3，2份的分散剂(ST-237)，100份的纳米硅基氧化物。
具体实施方式7：按照具体实施方式1的方法，本发明的优化配比为(重量份)：60份的Zn(NO3)2、2份的NH4NO3、3份的AgNO3，2份的分散剂(HDP-3000)，100份的纳米硅基氧化物。
具体实施方式8：按照具体实施方式1的方法，本发明的最佳配比为(重量份)：60份的Zn(NO3)2、1.5份的NH4NO3、3份的AgNO3，1.5份的分散剂(HDP-3000)，100份的纳米硅基氧化物。

Claims (4)

1.一种纳米硅酸盐抗菌组合物由下述原料制备而成：
原料                        含量
Zn(NO3)2                    2～75
NH4NO3                      0.5～5
AgNO3                       0.2～5
分散剂                      0.5～2
纳米沸石或纳米硅基氧化物    100
以上配比均为重量份
将上述沸石粉体或硅基氧化物粉体与去离子水置于高压釜中，在温度为100℃～300℃，压力为15MPa，反应1～4小时，制成纳米沸石粉体或纳米硅基氧化物粉体；干燥后用去离子水调成浆状，加热至沸腾，再加0％～5％的硝酸溶液和水搅拌，调节pH＝5～7成浆料待用；其次在去离子水中加入AgNO3、Zn(NO3)2和NH4NO3制成离子交换水溶液；再次将纳米沸石浆料或纳米硅基氧化物浆料与上述制成的离子交换水溶液混合，加热至40℃～60℃保持4～12小时进行离子交换，过滤分离，用去离子水洗涤至溶液中无金属离子；最后将浆液中加入分散剂搅拌均匀，烘干研磨，即制成纳米硅酸盐抗菌组合物。
2.根据权利要求1所述的纳米硅酸盐抗菌组合物，其原料和含量如下：
原料         含量
Zn(NO3)2     2～60
NH4NO3       0.5～2
AgNO3        0.2～3
分散剂                      0.5～2
纳米沸石或纳米硅基氧化物    100
以上配比均为重量份
3.权利要求1所述的纳米硅酸盐抗菌组合物，其中的分散剂是ST-237、OX-N102或HDP-3000。
4.权利要求1所述的纳米硅酸盐抗菌组合物的制备方法，包括下列步骤：
(1)取沸石粉体或硅基氧化物粉体，以去离子水为介质，置粉体于高压釜中，反应温度100℃～300℃，反应时间1～4小时，反应压力15MPa，制成纳米沸石粉体或纳米硅基氧化物粉体；
(2)按重量份取100份纳米沸石粉体或纳米硅基氧化物粉体，置烘箱中110℃条件下，干燥30分钟取出，加去离子水调成浆状，加热到75℃至沸腾，搅拌30～120分钟，脱气，再加0％～5％的硝酸溶液和水，调节pH＝5～7，制成浆料待用；
(3)在去离子水中加入0.2～5份的AgNO3、2～75份的Zn(NO3)2、0.5～5份的NH4NO3，制成离子交换水溶液；
(4)将上述制成的纳米沸石浆料或纳米硅基氧化物浆料与上述制成的离子交换水溶液混合，加热至40℃～60℃，在此温度下保持4～12小时进行离子交换；
(5)离子交换结束后，过滤、分离、用去离子水洗涤至溶液中无金属离子；
(6)在上述浆液中加入分散剂0.5～2份，搅拌均匀，烘干、研磨，即制成纳米硅酸盐抗菌组合物。
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